Leipziger Institut für Meteorologie - LIM - Tuuwi
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Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Globales Klima und Treibhauseffekt: Physikalische Grundlagen -- Wird es wärmer auf unserer Erde? -Manfred Wendisch Leipziger Institut für Meteorologie (LIM) Ringvorlesung an der TU Dresden 30. Oktober 2012 [email protected] 1 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM www.uni-leipzig.de/~meteo/ [email protected] 2 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fuzzi et al. [email protected] 3 Fakultät für Physik und Geowissenschaften 1937 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 2000 2008 [email protected] 4 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM www.nsidc.org/data/seaice_index/ März 2007 September 2007 [email protected] 5 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM www.nsidc.org/data/seaice_index/ September 2012 September 2007 [email protected] 6 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 1. Wetter und Klima 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? 3. Treibhauseffekt - Natürlich - Anthropogen 4. Unser Planet erwärmt sich 5. Das Klima im 21. Jahrhundert 6. „Climate Engineering“ [email protected] 7 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM • Wetter - Zustand der Atmosphäre … über einem bestimmten Ort … zu einer bestimmten Zeit. - Beispiel: In Leipzig ist heute sonniges Wetter. • Witterung - Zustand der Atmosphäre … über einem bestimmten Ort … für ein kürzeres Zeitintervall (Tage bis Jahreszeit). - Beispiel: In Leipzig hatten wir im August sehr feuchte Witterung. • Großwetter - Zustand der Atmosphäre … über einem größeren Gebiet … für ein kürzeres Zeitintervall (Tage bis Jahreszeit). - Beispiel: In Sachsen hatten wir im August sehr feuchte Witterung. • Klima - Zustand der Atmosphäre charakteristisch für ein größeres Zeitintervall (> 30 Jahre bis Jahrzehnte). - Es gibt lokales Klima (z.B. Sachsen), bis hin zum globalen Maßstab. 1. Wetter und Klima [email protected] 8 Fakultät für Physik und Geowissenschaften 1. Wetter und Klima Leipziger Institut für Meteorologie - LIM [email protected] 9 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Niedrige (< 2 km, Warm), Optisch Dicke Wolken 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? [email protected] 10 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Niedrige (< 2 km, Warm), Optisch Dicke Wolken SOLAR - Hohe Reflexion (60-80%) - Geringe Transmission - Sehr geringe Absorption Abkühlung TERRESTRISCH Langwellige Strahlung der Erdberfläche wird absorbiert, bei oft niedrigerer Temp. emittiert. Geringe Erwärmung 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? [email protected] 11 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Hohe (8-12 km, Kalt), Optisch Dünne Zirren 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? [email protected] 12 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Hohe (8-12 km, Kalt), Optisch Dünne Zirren SOLAR - Geringe Reflexion - Große Transmission - Wenig Absorption Schwache Abkühlung 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? [email protected] 13 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Hohe (8-12 km, Kalt), Optisch Dünne Zirren SOLAR - Geringe Reflexion - Große Transmission - Wenig Absorption Schwache Abkühlung 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? TERRESTRISCH - Erdoberfläche und Atmosphäre emittieren - Zirrus absorbiert - Zirrus emittiert thermisch IR Strahlung, aber bei viel geringerer Temperatur Erwärmung [email protected] 14 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM • SOLAR: Abkühlung durch niedrige Wolken • TERRESTRISCH: Erwärmung durch Zirren Solare Abkühlung durch niedrige Wolken stärker als Erwärmung durch Zirren im thermischen IR Netto Wirkung von Wolken (ERBE, 1998) W m-2 Abkühlung 2. Wolken: Erwärmung oder Abkühlung? [email protected] 15 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fakultät für Physik und Geowissenschaften Erde ohne Atmosphäre: -18°C 3. Treibhauseffekt -- Natürlich [email protected] 16 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Schönwiese (2003) Sonstige: • Neon • Helium • Methan • Krypton • Distickstoffoxid • Ozon • … Sonderrolle: • Wasserdampf 3. Treibhauseffekt -- Natürlich Ne He CH4 Kr N2O O3 H 2O [email protected] 17 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Transmissivität t = 1-α =1-ε N2O Leipziger Institut für Meteorologie - LIM (1- ε) σT4E + ε σT4A CH4 TE > TA O2 O3 CO2 H2O σT4E 3. Treibhauseffekt -- Natürlich Wendisch and Yang, 2011 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fakultät für Physik und Geowissenschaften Wasserdampf H2O Kohlendioxid CO2 Erhöhung der bodennahen Lufttemperatur (K) Anteil (%) 20.6 62 7.2 22 Ozon 2.4 O3 Verdoppelung CO2 11.4K Erwärmung Distickstoffmonoxid N2O 7 4 Methan 0.8 Linearer T-Anstieg 2.5 Exponentieller CO2-Anstieg CH4 Summe 3. Treibhauseffekt -- Natürlich 32.4 97.5 http://geoflop.uchicago.edu/forecast/docs/ Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM http://www.wmo.int/pages/prog/arep/gaw/ghg/images Menschliche Emissionen von CO2 <2% Im Vergleich zu natürlicher Produktion Jahr 3. Treibhauseffekt -- Anthropogen [email protected] 20 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM http://www.fotosearch.de Natürliche Senken = Quellen 3. Treibhauseffekt -- Anthropogen [email protected] 21 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Erdalter ≈ 4.5 Mrd. Jahre 4. Unser Planet erwärmt sich Quelle: http://www.hamburger-bildungsserver.de [email protected] 22 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fakultät für Physik und Geowissenschaften Quelle: Allianz Umweltstiftung Erste Menschen in Afrika, seit 200,000 Jahren 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 23 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: Allianz Umweltstiftung 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 24 Fakultät für Physik und Geowissenschaften 4. Unser Planet erwärmt sich Leipziger Institut für Meteorologie - LIM [email protected] 25 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov Lineare T Anstiege! 4. Unser Planet erwärmt sich Jahr +0.8 K seit 1880 [email protected] 26 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Freydank (2011) 11 9 9 Jahresmittelwerte der Lufttemperatur in 2 m Höhe 11 Dresden 7 5 7 5 Fichtelberg 3 3 1 1 Jahr 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 27 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) Update of Fig. 8 in Hansen et al. (1999) Jahr 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 28 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov 1970-1979 Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) -2 4. Unser Planet erwärmt sich -1 0 1 2 [email protected] 29 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov 1980-1989 Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) -2 4. Unser Planet erwärmt sich -1 0 1 2 [email protected] 30 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov 1990-1999 Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) -2 4. Unser Planet erwärmt sich -1 0 1 2 [email protected] 31 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov 2000-2009 Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) -2 4. Unser Planet erwärmt sich -1 0 1 2 [email protected] 32 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM http://data.giss.nasa.gov/gistemp/maps/ 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 33 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fakultät für Physik und Geowissenschaften Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov Temperatur-Anomalie in K (bezogen auf 1950-1981) 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 34 Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Fakultät für Physik und Geowissenschaften Fig. 9.5 IPCC WG1, AR4 Mit menschlichem Einfluss Jahr 4. Unser Planet erwärmt sich Ohne menschlichen Einfluss Jahr [email protected] 35 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 5. Das Klima im 21. Jahrhundert [email protected] 36 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 5. Das Klima im 21. Jahrhundert [email protected] 37 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 5. Das Klima im 21. Jahrhundert [email protected] 38 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM 5. Das Klima im 21. Jahrhundert [email protected] 39 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: Kiel Earth Institute 6. Climate Engineering [email protected] 40 Fakultät für Physik und Geowissenschaften 6. Climate Engineering Leipziger Institut für Meteorologie - LIM [email protected] 41 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Anmerkungen • Wenn wir die Tür zu Klimaingenieur-Maßnahmen durch Forschungsförderung öffnen, besteht die Gefahr, dass einmal „erforschte KI-Technologien“ auch angewandt werden Selbstläufer, Dammbruch ... Beispiel: Atombombe • Moralisches Risiko: Verhaltensänderung durch eine Versicherung gegen ein Risiko Könnte die Anstrengungen untergraben, die globalen Emissionen von CO2 und anderen Treibhausgasen zu verringern Könnte durch abschreckende Wirkung aber auch zu verstärkten Minderungsmaßnahmen oder zu vertretbaren Substitutionseffekten führen • Es liegen keine völkerrechtlichen Verbote vor, so dass eine legale Rechtfertigung der Erforschung und des Einsatzes von KIM möglich erscheint 6. Climate Engineering [email protected] 42 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM FAZIT • Treibhausgas-Konzentrationen steigen anthropogen bedingt exponentiell an. • Wir beobachten derzeit einen globalen Temperaturanstieg (linear, mit sehr viel natürlicher und lokaler Variabilität). • Verdoppelung der CO2-Konzentration verursacht eine Erwärmung um 1 K. • Unser Wissen über den menschlichen Einfluss auf das Klima ist unsicher. Keine Experimente mit ungewissem Ausgang! [email protected] 43 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit [email protected] 44 Fakultät für Physik und Geowissenschaften Leipziger Institut für Meteorologie - LIM Quelle: Hamburger Bildungsserver 4. Unser Planet erwärmt sich [email protected] 45
